Circuito de Puente Kelvin | Puente Doble Kelvin
Antes de introducir el puente de Kelvin, es muy importante conocer la necesidad de este puente, aunque ya contamos con el puente de Wheatstone, que es capaz de medir la resistencia eléctrica con precisión (generalmente una precisión de alrededor del 0.1%).
Para comprender la necesidad del puente de Kelvin, primero debemos reconocer 3 formas importantes de categorizar la resistencia eléctrica:
Resistencia alta: Resistencia superior a 0.1 Mega-ohmios.
Resistencia media: Resistencia que oscila entre 1 ohmio y 0.1 Mega-ohmios.
Resistencia baja: Bajo esta categoría, el valor de la resistencia es inferior a 1 ohmio.
La lógica detrás de esta clasificación es que, si queremos medir la resistencia eléctrica, debemos usar diferentes dispositivos para diferentes categorías. Esto significa que si un dispositivo utilizado para medir la resistencia alta da una alta precisión, puede o no dar tal alta precisión al medir valores bajos de resistencia.
Por lo tanto, debemos usar nuestro juicio para determinar qué dispositivo debe usarse para medir un valor particular de resistencia eléctrica. Sin embargo, existen otros métodos como el método amperímetro-voltímetro, el método de sustitución, etc., pero estos dan un gran error en comparación con el método del puente y se evitan en la mayoría de las industrias.
Ahora, recordemos nuevamente nuestra clasificación anterior, a medida que avanzamos de arriba hacia abajo, el valor de la resistencia disminuye, por lo que requerimos un dispositivo más preciso y exacto para medir los valores bajos de resistencia.
Uno de los principales inconvenientes del puente de Wheatstone es que, aunque puede medir la resistencia desde pocos ohmios hasta varios mega-ohmios, presenta errores significativos al medir resistencias bajas.
Por lo tanto, necesitamos alguna modificación en el puente de Wheatstone, y el puente modificado obtenido es el puente de Kelvin, que no solo es adecuado para medir valores bajos de resistencia, sino que también tiene una amplia gama de aplicaciones en el mundo industrial.
Vamos a discutir algunos términos que serán muy útiles para nosotros al estudiar el puente de Kelvin.
Puente:
Los puentes generalmente constan de cuatro brazos, un detector de equilibrio y una fuente. Funcionan sobre el concepto de la técnica del punto nulo. Son muy útiles en aplicaciones prácticas porque no es necesario hacer que el medidor sea linealmente preciso con una escala precisa. No es necesario medir el voltaje y la corriente, solo es necesario verificar la presencia o ausencia de corriente o voltaje. Sin embargo, la principal preocupación es que durante el punto nulo, el medidor debe ser capaz de detectar una corriente bastante pequeña. Un puente se puede definir como divisores de voltaje en paralelo y la diferencia entre los dos divisores es nuestra salida. Es altamente útil para medir componentes como la resistencia eléctrica, la capacitancia, el inductor y otros parámetros de circuito. La precisión de cualquier puente está directamente relacionada con los componentes del puente.
Punto nulo:
Se puede definir como el punto en el que ocurre la medición nula cuando la lectura del amperímetro o del voltímetro es cero.
Circuito del puente de Kelvin
Como hemos discutido, el puente de Kelvin es un puente de Wheatstone modificado y proporciona alta precisión, especialmente en la medición de resistencias bajas. Ahora, la pregunta que debe surgir en nuestra mente es dónde necesitamos la modificación. La respuesta a esta pregunta es muy simple: es la parte de los cables y contactos donde debemos hacer la modificación debido a que estos incrementan la resistencia neta.
Consideremos el puente de Wheatstone modificado o el circuito del puente de Kelvin dado a continuación:
Aquí, t es la resistencia del cable.
C es la resistencia desconocida.
D es la resistencia estándar (cuyo valor es conocido).
Vamos a marcar los dos puntos j y k. Si el galvanómetro se conecta al punto j, la resistencia t se suma a D, lo que resulta en un valor demasiado bajo de C. Ahora, si conectamos el galvanómetro al punto k, resultaría en un valor alto de la resistencia desconocida C.
Vamos a conectar el galvanómetro al punto d, que se encuentra entre j y k, de manera que d divide t en una relación t1 y t2. A partir de la figura anterior, se puede ver que
También en este caso, la presencia de t1 no causa ningún error, podemos escribir,
Por lo tanto, podemos concluir que no hay efecto de t (es decir, la resistencia de los cables). Prácticamente, es imposible tener tal situación, sin embargo, la modificación simple anterior sugiere que el galvanómetro se puede conectar entre estos puntos j y k para obtener el punto nulo.
Puente doble de Kelvin
¿Por qué se llama puente doble? Es porque incorpora un segundo conjunto de brazos de relación, como se muestra a continuación:
En esto, los brazos de relación p y q se utilizan para conectar el galvanómetro en el punto correcto entre j y k para eliminar el efecto del cable de resistencia eléctrica t. Bajo condiciones de equilibrio, la caída de tensión entre a y b (es decir, E) es igual a F (caída de tensión entre a y c)
Para una deflexión nula del galvanómetro, E = F
Nuevamente llegamos al mismo resultado: t no tiene efecto. Sin embargo, la ecuación (2) es útil ya que proporciona un error cuando:
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